幾百年前,人們就提出了很多證明地球自轉(zhuǎn)的方法,著名的“傅科擺”使我們真正看到了地球的自轉(zhuǎn),但是,地球?yàn)槭裁磿@軸自轉(zhuǎn)?為什么會繞太陽公轉(zhuǎn)呢?這是一個(gè)多年來一直令科學(xué)家十分感興趣的問題,粗略看來,旋轉(zhuǎn)是宇宙間諸天體一種基本的運(yùn)動形式,但要真正回答這個(gè)問題,還必須首先搞清楚地球和太陽系是怎么形成的.地球自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)的產(chǎn)生與太陽系的形成密切相關(guān).
現(xiàn)代天文學(xué)理論認(rèn)為,太陽系是由所謂的原始星云形成的,原始星云是一大片十分稀薄的氣體云,50億年前受某種擾動影響,在引力的作用下向中心收縮.經(jīng)過漫長時(shí)期的演化,中心部分物質(zhì)的密度越來越大,溫度也越來越高,終于達(dá)到可以引發(fā)熱核反應(yīng)的程度,而演變成了太陽.在太陽周圍的殘余氣體則逐漸形成一個(gè)旋轉(zhuǎn)的盤狀氣體層,經(jīng)過收縮、碰撞、捕獲、積聚等過程,在氣體層中逐步聚集成固體顆粒、微行星、原始行星,最后形成一個(gè)個(gè)獨(dú)立的大行星和小行星等太陽系天體.
我們知道,要測量一個(gè)直線運(yùn)動的物體運(yùn)動快慢,可以用速度來表示,那么物體的旋轉(zhuǎn)狀況又用什么來衡量呢?一種辦法就是用“角動量”.對于一個(gè)繞定點(diǎn)轉(zhuǎn)動的物體而言,它的角動量等于質(zhì)量乘以速度,再乘以該物體與定點(diǎn)的距離.物理學(xué)上有一條很重要的角動量守恒定律,它是說,一個(gè)轉(zhuǎn)動物體.如果不受外力矩作用,它的角動量就不會因物體形狀的變化而變化.例如一個(gè)芭蕾舞演員,當(dāng)他在旋轉(zhuǎn)過程中突然把手臂收起來的時(shí)候（質(zhì)心與定點(diǎn)的距離變?。?他的旋轉(zhuǎn)速度就會加快,因?yàn)橹挥羞@樣才能保證角動量不變.這一定律在地球自轉(zhuǎn)速度的產(chǎn)生中起著重要作用.
形成太陽系的原始星云原來就帶有角動量,在形成太陽和行星系統(tǒng)之后,它的角動量不會損失,但必然發(fā)生重新分布,各個(gè)星體在漫長的積聚物質(zhì)的過程中分別從原始星云中得到了一定的角動量.由于角動量守恒,各行星在收縮過程中轉(zhuǎn)速也將越來越快.地球也不例外,它所獲得的角動量主要分配在地球繞太陽的公轉(zhuǎn),地月系統(tǒng)的相互繞轉(zhuǎn)和地球的自轉(zhuǎn)中,這就是地球自轉(zhuǎn)的由來,但要真正分析地球和其他各大行星的公轉(zhuǎn)運(yùn)動和自轉(zhuǎn)運(yùn)動還需要科學(xué)家們做大量的研究工作.
這就是說,在地球的形成過程中,運(yùn)動——尤其指旋轉(zhuǎn),自始至終伴隨著地球的形成過程而不是地球形成之后再在某種原因下開始自轉(zhuǎn)或公轉(zhuǎn)的.
太陽系的幾乎所有天體包括小行星都自轉(zhuǎn),而且是按照右手定則的規(guī)律自轉(zhuǎn),所有或者說絕大多數(shù)天體的公轉(zhuǎn)也都是右手定則.為什么呢?太陽系的前身是一團(tuán)密云,受某種力量驅(qū)使,使它彼此相吸,這個(gè)吸積過程,使密度稀的逐漸變大,這就加速吸積過程.原始太陽星云中的質(zhì)點(diǎn)最初處在混沌狀,橫沖直闖,逐漸把無序狀態(tài)變成有序狀態(tài),一方面,向心吸積聚變?yōu)樘?另外,就使得這團(tuán)氣體逐漸向扁平狀發(fā)展,發(fā)展的過程中,勢能變成動能,最終整個(gè)轉(zhuǎn)起來了.開始轉(zhuǎn)時(shí),有這么轉(zhuǎn)的,有那么轉(zhuǎn)的,在某一個(gè)方向占上風(fēng)之后,都變成了一個(gè)方向,這個(gè)方向就是現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)的右手定則,也許有其他太陽系是左手定則,但在我們這個(gè)太陽系是右手定則.地球自轉(zhuǎn)的能量來源就是由物質(zhì)勢能最后變成動能所致,最終是地球一方面公轉(zhuǎn),一方面自轉(zhuǎn).